[發(fā)明專利]一種帶連接頭的大功率水冷母線局部溫度預(yù)測方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010850268.X
• 申請(qǐng)日: 2020-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN111950797B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣力;王重馬;傅鵬;許雪松;胡兵;陳濤;王振尚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G01K7/16;G06F17/10;G06F119/08;G06F113/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發(fā)明公開了一種帶連接頭的大功率水冷母線局部溫度預(yù)測方法，所述發(fā)明預(yù)測方法，利用傳熱學(xué)理論與有限元軟件結(jié)合，針對(duì)kA級(jí)別以上大功率水冷母線因?yàn)閹в熊涍B接導(dǎo)致的接觸電阻進(jìn)行最高溫度預(yù)測。可以有效減少諸如CFD或Fluent流體仿真軟件帶來的時(shí)間浪費(fèi)和計(jì)算機(jī)使用內(nèi)存。本發(fā)明提出的這種簡單預(yù)測方法，可以快速的解決大功率水冷母線的電熱耦合問題。利用傳熱學(xué)通用的熱損耗和對(duì)流換熱公式在考慮與不考慮接觸的電阻兩種情況下，預(yù)測母線溫度范圍，并結(jié)合ANSYS中的Thermal?Electric模塊進(jìn)而估計(jì)由于接觸電阻導(dǎo)致的局部過高溫度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大功率電力傳輸線領(lǐng)域，主要技術(shù)應(yīng)用于大功率帶連接頭的母線工作時(shí)的局部溫度預(yù)測從而保證設(shè)備正常運(yùn)行并減小不必要的水冷損耗。

背景技術(shù)

隨著國家工業(yè)化的快速推進(jìn)，大功率電力設(shè)備的使用和研究日益增多。在大功率設(shè)備中，因?yàn)榇箅娏鞯耐ㄟ^，使得設(shè)備必須要進(jìn)行外部或是內(nèi)部冷卻以避免發(fā)熱導(dǎo)致設(shè)備損壞。諸如大功率變流器，大功率開關(guān)等設(shè)備的大功率電力傳輸母線均需要使用水冷方式工作。而在實(shí)際制造和安裝中，大功率母線由螺栓或是焊接方式進(jìn)行連接，這會(huì)造成額外的接觸電阻。而母線的連接頭處因?yàn)椴荒苓M(jìn)行水冷，所以會(huì)有局部溫度過高的問題存在。在設(shè)備設(shè)計(jì)和使用時(shí)，需要對(duì)該部分的溫度進(jìn)行預(yù)測和測量，以保證其不超過溫度限制。因此，需要一種能快速估算帶接頭的母線局部溫度的方法，該方法可以節(jié)省設(shè)計(jì)周期、確保整個(gè)電力設(shè)備的正常工作、并基于該方法優(yōu)化冷卻水冷量，減小不必要的水泵功率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)數(shù)kA級(jí)別以上的大功率水冷母線因?yàn)檫B接頭引入的接觸電阻造成的冷卻不足而產(chǎn)生的局部過熱預(yù)測費(fèi)時(shí)且復(fù)雜，因此，本發(fā)明提供了一種帶連接頭的大功率水冷母線局部溫度預(yù)測方法，基于傳熱學(xué)理論和Thermal-Electric模塊相結(jié)合，對(duì)接觸溫度快速估計(jì)。

一種帶連接頭的大功率水冷母線局部溫度預(yù)測方法，是基于傳熱學(xué)理論首先根據(jù)大功率母線運(yùn)行工況，在考慮和不考慮接觸電阻的情況下，按照設(shè)定的母線焦耳熱與冷卻水發(fā)熱量的誤差，預(yù)測母線平均溫度范圍，并計(jì)算出冷卻水的平均溫度和對(duì)流換熱系數(shù)范圍。利用理論計(jì)算值，在Thermal-Electric模塊中進(jìn)行快速仿真，在考慮和不考慮接觸電阻的情況下，預(yù)測連接頭處的局部溫度范圍?；诜治鼋Y(jié)果，用以判斷給定母線電流和水冷量下，母線溫度能否滿足限制條件。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種帶連接頭的大功率水冷母線局部溫度預(yù)測方法，包括如下步驟：

步驟1：首先定義水冷系統(tǒng)的參數(shù)：給定母線通過的電流，進(jìn)口水溫，水流量，假設(shè)出口水溫；

步驟2：給定一個(gè)母線主體溫度T_w進(jìn)行后續(xù)的功率計(jì)算和驗(yàn)證；

步驟3：根據(jù)步驟2假設(shè)的母線主體溫度，考慮導(dǎo)體電阻隨溫度變化的影響，計(jì)算母線本體電阻和接觸電阻大小，進(jìn)而計(jì)算母線系統(tǒng)在給定電流下的功率；

步驟4：根據(jù)步驟1假設(shè)的進(jìn)口和出口水溫，計(jì)算冷卻水的焦耳熱，基于此得到冷卻水的溫升下帶走的功率；

步驟5：校驗(yàn)步驟3和步驟4計(jì)算的功率誤差是否滿足工程應(yīng)用條件，不滿足則重新定義母線系統(tǒng)出口水溫，重復(fù)步驟1至步驟5直至滿足條件，滿足后進(jìn)行下一步驟；

步驟6：基于步驟5結(jié)果計(jì)算預(yù)估的冷卻水平均溫度T_f和相應(yīng)的對(duì)流換熱系數(shù)；

步驟7：將步驟6的參數(shù)進(jìn)行熱電耦合仿真，估計(jì)母線本體溫度和接觸位置的溫度。

進(jìn)一步的，水冷系統(tǒng)的冷卻水通過母線內(nèi)部水孔，連接頭處利用外部軟管連接。

進(jìn)一步的，所述連接頭為焊接方式和螺栓鉚接方式。

進(jìn)一步的，所述軟管連接的接觸電阻用母線通過額定電流并測量電壓的方法得到。